DE1090289B - Steuergeraet fuer Wechselstromschalter - Google Patents

Description

Bei Schaltern zur Unterbrechung eines Wechselstromes in der Nähe seines Nulldurchganges ist es bereits bekannt, den Schaltvorgang durch ein Synchronkommando zu steuern, das von dem Nulldurchgang einer elektrischen Hilfsgröße (Strom oder Spannung) abgeleitet ist, die dem zu unterbrechenden Strom um eine im wesentlichen konstante Zeit (Voreilzeit) voreilt. Die eigentliche Auslösung des Schaltvorganges erfolgt durch ein Asynchronkommando, das das Synchronkommando freigibt, beispielsweise durch Schließen eines Hilfsschalters von Hand. Die Voreilzeit muß auf die Eigenzeit des Schalters abgestimmt sein; sie muß also ausreichen, um beispielsweise bei einem magnetisch betriebenen Schalter ein die Schaltbewegung steuerndes Magnetfeld auf- oder abzubauen und eine eventuell vorhandene Verklinkung zu lösen; danach muß der Schalter noch innerhalb der Voreilzeit seine Löschdistanz erreichen, d. h. so weit geöffnet werden, daß der im Nulldurchgang erlöschende Lichtbogen nicht wieder gezündet wird. Die Voreilzeit kann aber nicht so knapp bemessen sein, daß der Schalter bei planmäßigem Ablauf der Steuer- und Schaltvorgänge im Nulldurchgang nur gerade eben die Löschdistanz erreicht. Die Voreilzeit muß vielmehr außerdem noch einen zeitlichen Sicherheitsabstand enthalten derart, daß bei Verzögerungen der Steuer- oder Schaltvorgänge, wie sie normalerweise vorkommen können, die Löschdistanz im Nulldurchgang noch erreicht wird. Die voreilende Hilfsgröße, von der das Synchronkommando abgeleitet ist, kann z. B. in an sich bekannter Weise aus drei Komponenten zusammengesetzt sein, von denen die eine dem zu unterbrechenden Strom, die beiden anderen seiner ersten bzw. seiner zweiten zeitlichen Ableitung proportional sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für einen Schalter zur Unterbrechung eines Wechselstromes in der Nähe seines Nulldurchganges, bei dem durch ein Asynchronkommando ein Synchronkommando in Form eines elektrischen Impulses zur Auslösung des Schaltvorganges freigegeben wird, das von dem Nulldurchgang einer dem zu unterbrechenden Strom um eine konstante Zeit (Voreilzeit) voreilenden elektrischen Hilfsgröße abgeleitet ist, wobei die Voreilzeit außer der Eigenzeit des Schalters einen zeitlichen Sicherheitsabstand enthält. Die Erfindung besteht darin, daß die Dauer des Synchronkommandos kleiner ist als der Sicherheitsabstand. Es ist ratsam, die Dauer des Synchronkommandos höchstens in der Größenordnung von 10—⁵ Sekunden zu wählen.

Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen:

Es sei angenommen, daß das Synchronkommando eine Dauer besitzt, die größer ist als der in der Voreilzeit enthaltene zeitliche Sicherheitsabstand. Wenn unter solchen Umständen das willkürlich von Hand Steuergerät für Wechselstromschalter

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. rer. nat. Johannes Wegener und Rudolf Patzelt,

Berlin-Siemensstadt,
sind als Erfinder genannt worden

oder durch ein Relais gegebene Asynchronkommando zufällig in den Zeitraum des Synchronkommandos hineintrifft, so kann es vorkommen, daß der Schalter zu spät ausgelöst wird, da das Synchronkommando nicht mit seinem Beginn, sondern erst später wirksam geworden ist. Falls diese Verspätung den vorgesehenen zeitlichen Sicherheitsabstand überschreitet, kann der Schalter beschädigt oder zerstört werden. Derartige Fehlschaltungen können bei dem Steuergerät nach der Erfindung nicht auftreten, da auch dann, wenn das Asynchronkommando in den das Synchronkommando bildenden Impuls hineintrifft, die Verspätung der Schalterauslösung innerhalb des zeitlichen Sicherheitsabstandes bleibt, soweit überhaupt noch eine Auslösung zustande kommt.

Gemäß der weiteren Erfindung kann das Synchronkommando in der Weise erzeugt werden, daß an eine der voreilenden Hilfsgröße proportionale Spannung die Steuerorgane einer elektronischen Schalteinrichtung angeschlossen sind derart, daß die Schalteinrichtung mit dem Nulldurchgang der Hilfsgröße leitfähig wird, und daß die Schalteinrichtung in Reihe mit der Primärwicklung eines Sättigungswandlers an einer Hilfsgleichspannung liegt, wobei das Synchronkommando an der Sekundärwicklung des Wandlers abgenommen wird. Der Sättigungswandler ist dabei so zu bemessen, daß sein Voltsekundenwert, d. h. das zu seiner vollständigen Ummagnetisierung erforderliche zeitliche Spannungsintegral, dividiert durch den Betrag der Hilfsgleichspannung, eine Zeit ergibt, die kleiner ist als der zeitliche Sicherheitsabstand. Als

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von der voreilenden Hilfsgröße gesteuerte Schaltein- Ableitung i" (Sekundärwicklung 12) proportional

richtung wird vorzugsweise ein Transistor verwendet. sind. Zwischen den Punkten α und b tritt somit eine

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht Spannung etwa folgender Form auf:

darin, daß an eine der voreilenden Hilfsgröße propor- ^ ^ , ., . .„

tionale Spannung die Steuerorgane einer elektroni- 5 " ^{x 2}

sehen Schalteinrichtung angeschlossen sind derart, In dieser Gleichung bedeutet der Strich die Ab-

daß die Schalteinrichtung mit dem Nulldurchgang der leitung nach dem elektrischen Winkel, d. h.

Hilfsgröße leitfähig wird, und daß die Schalteinrich- ^- ^₂ .

tung in Reihe mit einem Widerstand an einer Hilfs- i' = ; i" = · ;

gleichspannung liegt, daß ferner an dem Widerstand io da>t d(cot)²

die Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem (ω = 2 η f = Kreisfrequenz).

weiteren Widerstand angeschlossen ist, wobei die Durch geeignete Wahl der Konstanten C₁ und C₂ während der Umladung des Kondensators" an dem kann die Funktion u_v der mit Rücksicht auf die Eigenweiteren Widerstand auftretende impulsartige Span- zeit des Schalters und den zeitlichen Sicherheitsnungsänderung das Synchronkommando darstellt. 15 abstand erforderlichen Vorauslösezeit angepaßt wer-Hierbei ist zur Erzielung eines genügend kurzen Syn- den; in Fig. 3 ist beispielsweise angenommen, daß chronimpulses zu beachten, daß die Zeitkonstante des diese Voreilzeit 2 Millisekunden beträgt. Gleichzeitig aus dem Kondensator und den Widerständen bestehen- können die Konstanten so bestimmt werden, daß sich den Kreisen kleiner sein muß als der zeitliche Sicher- die Voreilzeit innerhalb des Zeitkonstantenbereiches heitsabstand. Auch hier kann als Schalteinrichtung ein 20 der im Netz üblichen Ausgleichsvorgänge nur um Transistor verwendet werden. wenige Prozent ändert.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein An die Punkte α und b ist ein Transformator 20 an-Kippkreis vorgesehen sein, der beim Eintreffen des geschlossen, der demnach primär von der voreilenden Synchronkommandos seinen Zustand ändert und da- Spannung u_v gespeist wird. Die mit Mittelanzapfung durch den Schalter auslöst. Dieser Kippkreis umfaßt 25 versehene Sekundärwicklung 21 des Transformators vorzugsweise zwei miteinander gekoppelte Tran- 20 steuert zwei Transistoren 23 und 23', die den sistoren. Das zur Auslösung des Schalters erforder- Halbwellen entgegengesetzter Polarität der voreilenliche Asynchronkommando wird mit Vorteil derart in den Hilfsspannung u_v zugeordnet sind. Ferner ist ein das Steuergerät eingeführt, daß in der Leitung, die Sättigungswandler 24 mit zwei Primärwicklungen 25 dem Kippkreis das Synchronkommando zuführt, eine 30 und 25' und einer Sekundärwicklung 26 vorgesehen. Schalteinrichtung liegt, die das Synchronkommando Die Primärwicklung 25 wird durch die Quelle einer normalerweise sperrt und erst nach Zuführung des Hilf sgleichspannung 27/28 über Emitter und Kollektor Asynchronkommandos freigibt. Das Asynchron- des Transistors 23 und einen Widerstand 29 gespeist; kommando kann beispielsweise durch Schließen eines entsprechendes gilt für die Speisung der Primärwick-Schalters von Hand gegeben werden. Wird das 35 lung 25' durch den Transistor 23'. Die Erregungen der Asynchronkommando in üblicher Weise durch einen Primärwicklungen 25 und 25' sind entgegengesetzt Überstromauslöser erzeugt, so kann als Schalt- gerichtet, so daß der Wandler 24 am Beginn der Halbeinrichtung zur Sperrung bzw. Freigabe des Synchron- wellen entgegengesetzter Polarität in wechselnder kommandos ein Transistor dienen, wobei der Über- Richtung ummagnetisiert wird. Der Wandler 24 bestromauslöser möglichst so ausgebildet sein soll, daß 40 sitzt einen Kern aus einem Material mit rechtecker keine mechanischen Kontakte enthält. Die letzt- förmiger Magnetisierungsschleife,· er ist unter Begenannte Maßgabe ist dadurch begründet, daß der dem riicksichtigung der Spannung der Hilfsspannungs-Überstromauslöser nachgeschaltete Transistor zu quelle 27/28 so bemessen, daß sich aus seiner Voltseiner Steuerung nur sehr kleine Steuerströme bei Sekunden-Fläche (d. h. dem zu seiner Ummagnetikleinen Spannungen benötigt, die sich mit mechanischen 45 sierung erforderlichen zeitlichen Spannungsintegral) Kontakten nicht zuverlässig schalten lassen. eine Ummagnetisierungsdauer ergibt, die in der

Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der Größenordnung von l«/o der Voreilzeit liegt, wobei

Erfindung, die Fig. 3 erläutert die Funktionen der diese selbst von der Größenordnung ΙΟ"³ Sekunden

Schaltung nach Fig. 2 in Zeitdiagrammen. ist. An der Sekundärwicklung 26 des Wandlers 24

Nach Fig. 1 fließt der zu unterbrechende Strom i 5° entstehen infolgedessen bei jeder Ummagnetisierung durch einen Leiter 1; der Pfeil 2 möge die positive kurzdauernde Spannungsimpulse, die über Ventile 30 Richtung des Stromes bezeichnen. In dem Leiter 1 bzw. 30' einem Kippkreis 40 zugeführt werden,
liegen ein ohmscher Widerstand 3 und die Primär- Der Kippkreis 40 umfaßt zwei weitere Transistoren wicklung 5 eines Lufttransformators 4. An der 41 und 42. Die Kollektoren und Basen der Tran-Sekundärwicklung 6 des Transformators 4 tritt eine 55 sistoren 41 und 42 sind kreuzweise über Widerstände Spannung auf, die der ersten zeitlichen Ableitung i' 43 und 44 miteinander verbunden. Die Emitter-Koldes Stromes i proportional ist. Eine weitere Sekundär- lektor-Kreise dieser Transistoren werden durch die wicklung 7 des Transformators 4 speist über einen Hilfsspannungsquelle 27/28 über einen gemeinsamen ohmschen Widerstand 13 einen zweiten Lufttrans- Emitterwiderstand 45 und über je besondere Kollektorformator 10 mit einer Sekundärwicklung 12. Der Be- 60 widerstände 46 bzw. 47 gespeist.

trag des Widerstandes 13 ist groß gegen den induk- Der Transistor 41 des Kippkreises 40 ist normalertiven Widerstand des Lufttransformators 10; die an weise leitfähig. Sein Emitterpotential wird durch der Sekundärwicklung 12 abgenommene Spannung ist einen Spannungsteiler bestimmt, der aus dem Widerdaher nahezu proportional der zweiten zeitlichen Ab- stand 45 und dem Widerstand 46 besteht, sein Basisleitung i" des Stromes i. An dem stark ausgezogenen 65 potential durch einen weiteren Spannungsteiler, der Leitungszug zwischen den Punkten α und b liegt dem- aus dem Widerstand 48 und dem Widerstand 44 zunach eine aus drei Komponenten zusammengesetzte sammengesetzt ist. Für den Emitter des Transistors Spannung, wobei diese Komponenten praktisch dem 42 werden entsprechende Spannungsteiler durch die Strom i (Widerstand 3), seiner ersten Ableitung i' Widerstände 45 und 47 (Emitterpotential) bzw. 49 (Sekundärwicklung 6) und "seiner zweiten zeitlichen 70 und 43 (Basispotential) gebildet. Die Widerstände 43,

44, 48.und 49 sind, verglichen mit den Widerständen

45, 46 und 47, hochohmig und so gewählt, daß die Basen je nach Schaltzustand, der Kippschaltung positiv oder negativ gegenüber Emitter sind.

Die Mitte der Sekundärwicklung 26 des Sättigungswandlers 24 ist mit dem Pluspol 27 der Hilfsspannungsquelle über eine Schalteinrichtung 31 verbunden. Es sei angenommen, daß diese Schalteinrichtung geschlossen bzw. leitfähig ist. Entsteht nun infolge Ummagnetisierung des Wandlers 24 in seiner ic Sekundärwicklung 26 ein Spannungsimpuls, so erhält die Basis des bisher gesperrten Transistors 42 entweder über das Ventil 30 oder über das Ventil 30' ein negatives Potential gegenüber Emitter, so daß der Transistor 42 leitfähig und der Transistor 41 infolgedessen gesperrt wird. Der Kippkreis 40 behält seinen geänderten Zustand auch nach Abklingen des Spannungsimpulses an der Wicklung 26.

Dem Kippkreis ist als Verstärker ein weiterer Transistor 50 nachgeschaltet. Emitter und Kollektor dieses Transistors liegen in Reihe mit den Auslöseeinrichtungen 51 des Schalters an einer Spannungsquelle 52. Der Emitter ist ferner an den Zwischenabgriff eines Spannungsteilers 53 angeschlossen, der an den Polen 27 und 28 der Hilfsspannungsquelle liegt. Die Potentialdifferenz Emitter—Basis des Transistors 50 wird durch den Spannungsabfall am Widerstand 46 bestimmt. Die Einstellung des Spannungsteilers 53 ist so gewählt, daß der Emitter des Transistors 50, solange der Transistor 41 leitfähig ist, negativ gegenüber der Basis und bei gesperrtem Transistor 41 positiv gegenüber der Basis ist. Das Kippen des Kreises 40 hat demnach zur Folge, daß der Transistor 50 leitfähig wird" und der Schalter 54 infolge der Erregung seiner Auslöseeinrichtung 51 aus der Quelle 52 geöffnet wird.

Ist die Schalteinrichtung 31 unterbrochen bzw. im Sperrzustand, so sind die an der Sekundärwicklung 26 des Wandlers 24 entstehenden Spannungsimpulse von der Kippschaltung 40 getrennt, so daß der Schalter 54 nicht ausgelöst wird. Das Schließen der Schalteinrichtung 31 hat daher die Bedeutung eines Asynchronkommandos ; es führt dazu, daß das nächste Synchronkommando den Zustand des Kippkreises 40 ändert und daß der Schalter im darauffolgenden Nulldurchgang des Stromes i geöffnet wird. Die Schalteinrichtung 31 kann auch in Abhängigkeit vom Strom i, beispielsweise durch einen Überstromauslöser, gesteuert werden.

Nach Auslösung des Schalters 54 kann der Kippkreis 40 durch Schließen einer Rückstelltaste 57 in den Ausgangszustand gebracht werden. Das Schließen der Rückstelltaste hat die Wirkung, daß die Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors 41 zusammenbricht und daraufhin der Transistor 42 wieder gesperrt wird. Die Rückstelltaste 57 kann beispielsweise mit dem Schalter 54 verbunden sein, so daß die Rückstellung automatisch nach dem Öffnen des Schalters erfolgt. Sie kann auch durch einen Isoliertransformator ersetzt werden, durch den dem Transistor 41 ein Spannungsimpuls zugeführt wird, der kurzzeitig die Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors aufhebt und dadurch ein Kippen des Kreises 40 bewirkt.

Wenn es nicht erforderlich ist, das Steuergerät von dem Leiter 1 potentialmäßig zu trennen, kann der Isoliertransformator 20 auch durch einen Widerstand mit Mittelabgriff ersetzt werden, der zwischen den Punkten α und b liegt.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Überstromauslöser dargestellt, der der besonderen Ausbildung des Steuergerätes angepaßt ist.

Wie bei der Anordnung nach Fig. 1 sind zwei Transistoren 23 und 23' vorgesehen, die durch die zwischen den Punkten α und b bestehende voreilende Hilfsspannung gesteuert werden; die Umwandlung der von den Transistoren 23 und 23' geführten Rechteckströme in kurzdauernde Impulse wird jedoch bei der Schaltung nach Fig. 2 in anderer Weise vorgenommen. Der Transistor 23 wird aus der Hilfsspannungsquelle 27/28 über einen Widerstand 60 gespeist, ebenso der Transistor 23' über einen Widerstand 60'. Parallel zum Widerstand 60 liegt die Reihenschaltung eines Kondensators 61 und eines Widerstandes 63. Die Kapazität des Kondensators 61 und die Beträge der Widerstände 60 und 63 sind so bemessen, daß die Zeitkonstante des Umladekreises kleiner ist als der zeitliche Sicherheitsabstand, also z. B. in der Größenordnung von 1% der Voreilzeit liegt. Durch den Spannungsabfall am Widerstand 63 wird ein weiterer Transistor 70 gesteuert, dessen Emitter am Pluspol

27 der Hilfsgleichspannung, dessen Kollektor über einen n-p-n-Transistor 71 am Minuspol 28 und dessen Basis über den Widerstand 63 ebenfalls am Minuspol

28 liegt. Es sei angenommen, daß der Transistor 71 leitfähig und der Transistor 23 zunächst gesperrt ist. Das Potential des Punktes 66 (rechte Platte des Kondensators 61) liegt dann nur wenig unter dem Potential des Pluspols 27, da nur ein geringer Teil der Spannung zwischen den Polen 27 und 28 an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 70 und der weitaus größere Teil am Widerstand 63 abfällt. Das Potential des Punktes 65 (linke Kondensatorplatte) ist, solange der Transistor 23 gesperrt ist, gleich dem Potential des Minuspols 28. Der Kondensator 61 ist also mit nahezu der gesamten Spannung der Hilfsspannungsquelle 27/28 aufgeladen.

Sobald nun der Transistor 23 mit dem Nulldurchgang der Hilfsspannung u_v leitfähig wird, wird das Potential des Punktes 65 auf das Potential des Pluspols 27 gehoben. Der Kondensator 61 entlädt sich daraufhin über die Widerstände 63 und 60., so daß das Potential des Punktes 66 infolge des Spannungsabfalls am Widerstand 63 vorübergehend positiv gegenüber dem Pluspol 27 wird. Infolgedessen wird der Transistor 70 vorübergehend gesperrt. Entsprechende Vorgänge ergeben sich in den Halbwellen entgegengesetzter Polarität bei der Umladung des Kondensators 61'; die zugeordneten Schaltelemente sind die Widerstände 62', 63' und der Transistor 70'.

Durch die Leitfähigkeitszustände der Transistoren 70 bzw. 70' wird ein Kippkreis 75 gesteuert, dessen Aufbau im wesentlichen der gleiche ist wie der des Kippkreises 40 in Fig. 1. Der Widerstand 49 der Schaltung nach Fig. 1 ist jedoch beim Kippkreis 75 in zwei Widerstände 49 und 49' aufgeteilt, und zwar derart, daß die Parallelschaltung dieser beiden Widerstände etwa den gleichen Betrag hat wie der Widerstand 48. Der Widerstand 49 ist über den Transistor 70, der Widerstand 49' über den Transistor 70' mit dem Pluspol der Spannungsquelle 27 verbunden.

Der Transistor 41 des Kippkreises 75 ist normalerweise leitfähig, ebenso die Transistoren 70 und 70'. Wird jedoch infolge der oben geschilderten Vorgänge beim Umladen des Kondensators 61 bzw. 61' der Transistor 70 oder der Transistor 70' vorübergehend gesperrt, so wird — Leitfähigkeit von Transistor 71 vorausgesetzt — die Basis des bis dahin gesperrten Transistors 42 über die Widerstände 49 und 62 bzw. 49' und 62' mit dem negativen Pol der Spannungs-

quelle verbunden, so daß dieser Transistor leitfähig wird, der Kippkreis 75 also seinen Zustand ändert. Er behält den geänderten Zustand auch dann bei, wenn der Transistor 70 bzw. 70' nach Ablauf des Umladeimpulses des Kondensators 61 bzw. 61' wieder leitfähig wird. Die weiteren Vorgänge bis zur Auslösung des Schalters sind die gleichen, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 geschildert wurden.

Voraussetzung für das Kippen des Kreises 75 ist, daß der n-p-n-Transistor 71 leitfähig ist. Der Transistor 71 hat also die gleiche Bedeutung wie die Schalteinrichtung 31 in Fig. 1. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Transistor 71 durch einen Überstromauslöser 80 gesteuert, der im folgenden beschrieben wird:

Im Zuge des Leiters 1 liegt ein ohmscher Widerstand 81, der mit dem Widerstand 3 der Fig. 1 identisch sein kann und an den ein Isoliertransformator 82 angeschlossen ist. Der Transformator 82 besitzt eine Sekundärwicklung 83 mit Mittelabgriff, deren Teilabschnitte über Widerstände 84 bzw. 84' mit zwei Kondensatoren 85 bzw. 85' verbunden sind. Parallel zu den Kondensatoren liegt die Emitter-Kollektor-Strecke je eines Transistors 86 bzw. 86'. Die Basis jedes Transistors ist jeweils über einen Widerstand 87 bzw. 87' an die zugeordneten Enden der Sekundärwicklung 83., der Kollektor an den Mittelabgriff der Sekundärwicklung angeschlossen.

Solange der Strom i und damit die Spannung an der Sekundärwicklung 83 die bezeichnete Polarität haben, wird der Kondensator 85 über den Widerstand 84 mit seiner oberen Platte positiv geladen. Der Transistor 86 ist während des Ladevorganges gesperrt, da der Emitter infolge des Spannungsabfalls am Widerstand 84 gegenüber der Basis ein negatives Potential besitzt. Der Widerstand 84 und die Kapazität des Kondensators 85 sind so groß gewählt, daß die Zeitkonstante des Ladekreises groß ist gegen die Stromperiode, so daß also die Spannung am Kondensator 85 nur einen kleinen Bruchteil der an der oberen Hälfte der Sekundärwicklung 83 auftretenden Spannung beträgt. Kurz bevor das Potential des oberen Endes der Sekundärwicklung 83 ISTuIl erreicht, hört die Aufladung auf; bei negativem Potential des oberen Endes der Sekundärwicklung 83 wird die Basis des Transistors 86 gegenüber seinem Emitter, der mit der positiven Platte des Kondensators 85 verbunden ist, negativ, so daß der Transistor 86 leitfähig wird. Dadurch entlädt sich der Kondensator 85 sehr schnell über Emitter und Kollektor des Transistors 86. Während der weiteren Dauer der negativen Halbwelle bleibt der Kondensator 85 ungeladen. Mit der nächsten positiven Halbwelle wiederholt sich der gleiche Vorgang. Die Wirkungsweise des Kondensators 85' und des Transistors 86' ist in den Halbwellen entgegengesetzter Polarität die gleiche. Die maximale Spannung der Kondensatoren 3 bzw. 4 ist demnach ein Maß für die Stromzeitfläche der betreffenden Halbwelle.

Durch die Spannung der Kondensatoren 85 bzw. 85' wird ein Kippkreis 90 gesteuert, der zwei weitere Kondensatoren 91 und 92 umfaßt und grundsätzlich gleichartig ausgebildet ist wie die bereits beschriebenen Kippkreise 40 und 75. Er unterscheidet sich von diesen lediglich insofern, als der Emitterwiderstand 93 als verstellbarer Widerstand ausgebildet ist, so daß durch die Einstellung des Widerstandes 93 das Emitterpotential und damit der Ansprechwert des Überstromauslösers verändert werden kann. Der Transistor 91 des Kippkreises 90 ist normalerweise leitfähig. Überschreitet jedoch das Potential der positiven Platte 1 der Kondensatoren 85 bzw. 85' das eingestellte Emitterpotential des Transistors 91, so wird die Basis des bis dahin leitfähigen Transistors 91 positiv gegenüber dem Emitter; das hat zur Folge, daß der Transistor 91 gesperrt und der Transistor 92 leitfähig wird. Infolgedessen fließt jetzt ein Strom aus dem Pol 27 der Spannungsquelle über den Widerstand 93, Emitter und Kollektor des Transistors 92 und den Kollektorwiderstand 94 zum Pol 28. Die am Widerstand 94 bestehende Spannung steuert den Transistor 71. Solange der Transistor 92 gesperrt ist, ist der Spannungsabfall am Widerstand 94 praktisch gleich Null, da er selbst niederohmig ist und mit dem hochohmigen Widerstand 96 in Reihe liegt. Sobald jedoch der Transistor 92 leitfähig wird, erzeugt der Widerstand 94 einen erheblichen Spannungsabfall, der der Basis des n-p-n-Transistors 71 ein positives Potential gegenüber Emitter gibt. Der Transistor 71 wird dadurch leitfähig. Das hat zur Folge, daß nunmehr in der oben beschriebenen Weise der nächste Umladeimpuls eines der Kondensatoren 61 bzw. 61' den Kippkreis 40 zum Kippen bringt und dadurch den Schalter auslöst.

Es ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung, daß der Überstromauslöser 80 das zeitliche Integral jeder Halbwelle des Stromes i mißt und daß er anspricht, sobald ein vorgegebener Betrag dieses Integrals überschritten wird. Eine solche Ausbildung eines Überstroniauslösers hat den Vorteil, daß sehr steile, kurzzeitige Stromspitzen, die z. B. beim Einschalten eines Kondensators auftreten und an sich den Stromkreis nicht gefährden, nicht zur Auslösung des Schalters führen. Der Überstromauslöser 80 ist seiner Aufgabe, einen mit Transistoren arbeitenden Synchronauslöser in Tätigkeit zu setzen, insofern besonders angepaßt, als er selbst keine mechanischen Kontakte, sondern nur Transistoren als Schalteinrichtungen enthält. Es wurde bereits oben bemerkt, daß Transistoren zu ihrer Steuerung nur kleine Ströme bei kleinen Spannungen benötigen, die sich mit mechanischen Kontakten nicht zuverlässig schalten lassen.

Zur Rückstellung der Kippkreise 75 und 90 ist eine Taste 77 vorgesehen; bei Schließung der Taste 77 erhalten die Basen der bis dahin leitfähigen Transistoren 42 und 92 ein positives Potential gegenüber

+5 Emitter, so daß sie gesperrt werden und die Kippkreise wieder in ihren Ausgangszustand zurückkehren. Für die Rückstelltaste 77 gilt im übrigen das gleiche, was oben bereits im Zusammenhang mit der Rückstelltaste 57 der Fig. 1 gesagt wurde.

In Fig. 3 sind die Vorgänge in der Schaltung nach Fig. 2 bei der Auslösung des Schalters durch eine Überstromhalbwelle in Zeitdiagrammen dargestellt. Die Diagramme 3 f und 3 g treffen auch für die Schaltung nach Fig. 1 zu.

In Fig. 3 a sind zwei Halbwellen des Stromes i dargestellt, wobei die zweite Halbwelle eine Fläche besitzt, die den Ansprechwert des Überstromauslösers 80 überschreitet. Die gestrichelte Kurve stellt den Verlauf der voreilenden Spannung u_v dar, die an den Punkten α und b auftritt. Die Kurve u_v geht jeweils mit einer angenommenen Vorauslösezeit von 2 Millisekunden von dem Strom i durch Null.

Die Kurve der Fig. 3 b zeigt den Potentialverlauf e_e8 am Punkt 88 der Schaltung nach Fig. 2, also an der oberen Platte des Kondensators 85, gegenüber dem Potential e_2S des Minuspols der Hilfsgleichspannungsquelle. Die Kurve e₈₈ ist das Integral der Kurve i der Fig. 3 a. Der Ansprechwert des Überstromauslösers 80 ist durch das Potential e_a gegeben; dieser Ansprechwert entspricht der Fläche F in Fig. 3 a.

Das Diagramm nach Fig. 3 c zeigt den Potentialverlauf am Punkt 72, also der Basis des Transistors 71, relativ zum Potential des Minuspols 28 der Hilfsgleichspannung. Vor dem Ansprechen des Überstromauslösers hat das Potential e₇₂ einen geringen positiven Wert, der durch den Spannungsabfall am Widerstand 94 gegeben ist. In dem Augenblick, in dem die Kurve e₈₈ nach Fig. 3 a den Ansprechwert e_a überschreitet, erhält der Punkt 72 ein erhebliches positives Potential, so daß der Transistor 71 leitfähig wird. Das bedeutet, daß der Kippkreis 75 nunmehr auf ein Synchronkommando, das durch den Nulldurchgang der Spannung u_v erzeugt wird, ansprechen kann.

Das Zeitdiagramm nach Fig. 3 d stellt den Potentialverlauf e_6S an der linken Platte des Kondensators 61 dar, gemessen gegenüber dem Minuspol 28 der Hilfsgleichspannungsquelle. Das Potential e_g5 stimmt zunächst mit dem Potential e₂₈ überein. Mit dem NuIlduTchgang der Spannung u_v wird jedoch der Punkt 65 über den Transistor 23 mit dem Pluspol 27 verbunden, so daß das Potential e₆₅ auf dessen Potential angehoben wird. Zugleich wird auch das Potential e_ee der rechten Platte des Kondensators 61, das bis dahin gegenüber dem Potential e₂₇ schwach negativ war, um den gleichen Betrag gehoben (Fig. 3e). Der Kondensator 61 entlädt sich jedoch mit sehr kleiner Zeitkonstante über die Widerstände 60 und 63, so daß der Punkt e_eg sehr bald sein ursprüngliches Potential wieder erreicht.

Die impulsartige Potentialänderung des Punktes 66 hat zur Folge, daß der Transistor 70 vorübergehend gesperrt wird. Infolgedessen kippt der Kreis 75, so daß der bis dahin leitfähige Transistor 41 gesperrt wird. Das Kollektorpotential e₅₅ des Transistors 41 ist in Fig. 3f als ausgezogene Kurve dargestellt; man erkennt, daß es zunächst gegenüber dem Potential des Minuspols 28 positiv ist und beim Kippen des Kreises 75 praktisch auf das Potential des Minuspols sinkt. Die gestrichelte Horizontale in Fig. 3f zeigt das Potential des Punktes 56 des Spannungsteilers 53. Die Potentiale e₅₅ und e₅₆ sind gleichzeitig Basis- und Emitterpotential des Transistors 50. Aus Fig. 3 f ergibt sich, daß der Transistor 50 beim Umschlagen des Potentials e_ss leitfähig wird. Infolgedessen wird die Auslöseeinrichtung 51 des Schalters von einem Strom i₅₁ durchflossen, der in Fig. 3 g dargestellt ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Steuergerät für Schalter zur Unterbrechung eines Wechselstromes in der Nähe seines Nulldurchganges, bei dem durch ein Asynchronkommando ein Synchronkommando in Form eines elektrischen Impulses zur Auslösung des Schaltvorganges freigegeben wird, das von dem Nulldurchgang einer dem zu unterbrechenden Strom um eine konstante Zeit (Voreilzeit) voreilenden elektrischen Hilfsgröße abgeleitet ist, wobei die Voreilzeit außer der Eigenzeit des Schalters einen zeitlichen Sicherheitsabstand enthält, dadurch gekennzeidinet, daß die Dauer des Synchronkommandos kleiner ist als der Sicherheitsabstand.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an eine der voreilenden Hilfsgröße proportionale Spannung die Steuerorgane einer elektronischen Schalteinrichtung angeschlossen sind derart, daß die Schalteinrichtung mit dem Nulldurchgang der Hilfsgröße leitfähig wird, und daß die Schalteinrichtung in Reihe mit der Primärwicklung eines Sättigungswandlers an einer Hilfsgleichspannung liegt, wobei das Synchronkommando an der Sekundärwicklung des Wandlers abgenommen wird.

3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalteinrichtung ein Transistor verwendet ist.

4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an eine der voreilenden Hilfsgröße proportionale Spannung die Steuerorgane einer elektronischen Schalteinrichtung angeschlossen sind derart, daß die Schalteinrichtung mit dem Nulldurchgang der Hilfsgröße leitfähig wird, und daß die Schalteinrichtung in Reihe mit einem Widerstand an einer Hilfsgleichspannung liegt, daß ferner an dem Widerstand die Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem weiteren Widerstand angeschlossen ist, wobei die während der Umladung des Kondensators an dem weiteren Widerstand auftretende impulsartige Spannungsänderung das Synchronkommando darstellt.

5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalteinrichtung ein Transistor verwendet ist.

6. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kippkreis vorgesehen ist, der bei Eintreffen des Synchronkommandos seinen Zustand ändert und dadurch den Schalter auslöst.

7. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippkreis zwei miteinander gekoppelte Transistoren umfaßt.

8. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung, die dem Kippkreis das Synchronkommando zuführt, eine Schalteinrichtung liegt, die das Synchronkommando normalerweise sperrt und erst nach Zuführung des Asynchronkommandos freigibt.

9. Steuergerät nach den Ansprüchen 7 und 8 mit Erzeugung eines Asynchronkommandos durch einen Überstromauslöser, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalteinrichtung zur Sperrung bzw. Freigabe des Synchronkommandos ein Transistor dient und daß der Überstromauslöser keine mechanischen Kontakte enthält.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 009 610/286 9.60